JP2016500782A - 双安定駆動部材を有する形状記憶アクチュエータ - Google Patents

Abstract

形状記憶アクチュエータは、支持本体（１）、支持本体（１）に枢動可能に取り付けられ（３，５）、駆動部材（１５）と持続的に接触する被駆動部材（７）を備え、被駆動部材の動きは、ＳＭＡ作動部材およびＳＭＡ作動部材と逆に働く少なくとも１つの弾性戻り部材（２５）によって決定され、被駆動部材（７）は、駆動部材（１５）を被駆動部材（７）に接続する双安定移動システムの動作により２つの安定位置をとることができ、前記２つの安定位置の切替は、ＳＭＡ作動部材の活性化によりなされ、ＳＭＡ作動部材は、双安定移動システム、弾性戻り部材（２５）、駆動部材（１５）および被駆動部材（１７）と共に支持本体（１）と同じ側に略同平面に配置される。

Description

本発明は、形状記憶アクチュエータ、すなわち作動部材が形状記憶合金（以下「ＳＭＡ」と示す）から作られる部材（例えばワイヤー部材）から構成されるアクチュエータに関し、特に被駆動部材が双安定、すなわち駆動部材によって２つの安定した位置の間を動くアクチュエータに関する。以下において作動部材としてワイヤーを使用することを具体的に規定しているが、述べられていることは概して非常に小さい他の２つの寸法より大きい寸法を有する、例えばストリップ等の他の類似の形状に適用できることに留意すべきである。

形状記憶現象は、前記現象を示す合金から作られる機械的な部品が温度変化によって、非常に短い時間で、かつ中間平衡位置なしで、製造時に予め設定された２つの形の間で変形することが可能であるという事実にあるということが知られている。現象が起こり得る第１モードは、「一方向」と呼ばれ、機械的な部品は、温度変化により単一方向に変形することができ、例えば形Ａから形Ｂへ変形するのに対して、形Ｂから形Ａへの逆変形は、機械的な力を加える必要がある。

これに反して、いわゆる「二方向」モードにおいては、温度変化によって両方の変形が起こり得、これが本発明を適用した場合である。これは、低温で安定するマルテンサイト系（Ｍ）と呼ばれるタイプから高温で安定するオーステナイト系（Ａ）と呼ばれるタイプへ、およびその反対（Ｍ／ＡおよびＡ／Ｍ変形）のピースの微結晶構造の変態により起こる。

ＳＭＡワイヤーは、形状記憶部材の特徴を示すことができるようにトレーニングされなければならず、ＳＭＡワイヤーのトレーニングプロセスにより、通常ワイヤーが加熱された場合に非常に反復可能な方法でマルテンサイト／オーステナイト（Ｍ／Ａ）相転移を引き起こし、かつワイヤーが冷却された場合にオーステナイト／マルテンサイト（Ａ／Ｍ）相転移を引き起こすことができる。Ｍ／Ａ変形において、ワイヤーは、３−５％短縮され、これは、ワイヤーが冷却される場合に回復し、Ａ／Ｍ変形を通じて初期の長さに戻る。加熱時に縮まり、冷却時に再伸張するＳＭＡワイヤーのこの特性は、非常に単純、コンパクト、信頼性のある、静かな、かつ安価なアクチュエータを得るために長い期間開発されてきた。

特に、このタイプのアクチュエータは、いくつかの自動防眩バックミラーにおいて防眩機能を果たすために高反射の第１位置から低反射の第２位置へおよびその逆のミラーの移動を行うために使用される。反射能力の変化は、ミラーが低反射面および高反射面を有するくさび形状断面を有し、それによって高反射の裏面がドライバーの視線の外に傾けられるようにミラーが動かされ、得られた視野は実際に低反射面からの反射であるという事実による。

２つの位置の間のミラーの反射面のこの動きは、水平の枢動ピンを介して支持本体に対して枢動するミラーホルダによって担持されているという事実によって可能となっている（ここで留意すべきは、ミラーは、ミラーホルダに取り付けられることができるか、またはそれと一体型に作る、すなわち２つの部材を１つの部品として作ることができる）。実際には、自動防眩ミラーにおいて、アクチュエータは、眩しい状態が検出された場合に、ミラーの位置を自動的に変化させる光検出装置によって制御される。このように、ドライバーは、手動の防眩ミラーにおいてミラー下部から延在する関連タブを介して手動でミラーを変更するという面倒な作業を免れ、前記タブは、支持本体に対してミラーホルダを回転させるミラーホルダの双安定移動システムの駆動部材として機能する。

このような自動ミラーの第１例は、特許文献１に記載されており、特許文献１は、支持本体およびミラーホルダ（被駆動部材）の間に配置され、かつミラーホルダの後側に接触するスライダー（駆動部材）を２つの位置の間で水平に移動するための一対の対向コイル状ＳＭＡワイヤーの使用を開示している。スライダーとミラーホルダとの持続的な接触は、圧縮（すなわち押し込み）バネによって保証され、また該バネは支持本体およびミラーホルダの間で、ミラーホルダの回転軸に関してスライダーと反対の位置に配置される。スライダーが進む経路に沿ってミラーホルダの後側に水平の傾斜が形成されるため、スライダーは防眩実施中に傾斜を上り、それによりバネをさらに圧縮してミラーを回転させる（戻す操作の間スライダーが傾斜路を下る場合、逆回転が当然起こる）。

このタイプの形状記憶アクチュエータは、いくつかの欠点を有し、各位置において、一方が収縮し、他方が伸張するため常に交互に加熱されなければならない２つのＳＭＡワイヤーを必要とするということが初めに挙げられる。さらに、バネによって加えられた圧力による著しい摩擦を克服しながらスライダーがミラーホルダの後側に沿って摺動しなければならず、これは、２つのＳＭＡワイヤーで構成されている作動部材の適当な強度を必要とする。最後に、ミラーホルダが回転軸回りに回転するための自由度を常に保持する。なぜなら手動の双安定ミラーのようにこれを防ぐような強固な双安定抑制がなく、スライダーおよびバネからなる２つの一方向性抑制のみがあり、そしてバネは弾性拘束であるためである。結果として、ミラーの反射面は、ドライバーの視覚に負の影響を及ぼす振動（特に共振の場合）にさらされ得る。

形状記憶アクチュエータを有する自動防眩ミラーの第２例は、特許文献２に見いだされ、該文献は、支持本体内に摺動可能取り付けられ、かつ支持本体の後から、すなわちミラーホルダの反対側に突出した部分を有するプッシャー（駆動部材）と垂直方向に持続的に接触するミラーホルダ（被駆動部材）を開示している。この場合、作動部材は、プッシャーの後端面上を延在するよう構成され、かつ支持本体の後に接続された端部を有するＳＭＡワイヤーから構成され、ワイヤーは、その頂点がプッシャーに当接するＶ字形状を有し、それによってミラーホルダをその防眩位置に移動させるように、ワイヤーの収縮によってプッシャーを前方へ摺動させる。

この装置において、プッシャーとミラーホルダの持続的な接触は、関節式双安定抑制によって保証されるが、戻りバネは、なおも支持本体およびミラーホルダの間に固定されている。しかし、バネがミラーホルダの回転軸に対してプッシャーの同じ側に配置されるため、伸びた（すなわち引張り）バネが使用されるが、特許文献１と同じ構成を容易に想到し得る。この場合、バネは、アクチュエータが動作しない場合ＳＭＡワイヤーの冷却および再伸張時にミラーホルダが通常の動作位置への戻ることを保証するためだけに使用される。

このタイプの形状記憶アクチュエータは、ミラーが防眩位置に留まる間だけ加熱される単一のＳＭＡワイヤーのみを必要とするという点で、特許文献１に記載されたタイプに対していくつかの改善を提供する。さらに、支持本体およびプッシャーに関節式に接続されたミラーホルダに対するプッシャーの垂直摺動動作により、強い作動部材を必要としないよりスムーズな操作が可能となる。それでもなお、この既知のアクチュエータは、プッシャーの垂直の形状およびＳＭＡワイヤーの支持本体における後側の配置による深さのかさばり、および振動に対する感受性においていくつかの欠点になおも悩まされている。なぜならＳＭＡワイヤーは、収縮時においても常にある弾性を維持し、それによりプッシャー、およびそれに接続されたミラーホルダの非常に安定した位置を保証することができないからである。

上述の既知のアクチュエータは、また受光素子の制御下でのみ作動するよう意図されているため、受光素子を無効にする手動の個別のボタンが設けられていない限り、ドライバーがある理由によってそうすることが必要な場合でもミラーの手動操作が不可能になるという特徴を共有しており、アクチュエータの複雑さおよび費用がかさむ。

特開昭６２−００６８４７号公報 欧州特許出願公開第１０１３５０３号明細書

したがって、本発明の目的は、上述の欠点を克服する形状記憶アクチュエータを提供することである。この目的は、ＳＭＡワイヤーによって作動される駆動部材が支持本体に対して実質的に平行な平面において移動可能であり、かつ双安定移動システムを介して被駆動部材に接続され、これら全ての部材が支持本体の同じ側に配置された形状記憶アクチュエータによって達成される。他の好都合な特徴は、従属請求項に開示される。

本発明によるアクチュエータの主な利点は、手動のアクチュエータのように被駆動部材が常に２つの安定位置の間で動かされ、これにより振動および共振によるかなりの問題が防止されるという事実による。この結果、双安定移動システムを切り替える間ＳＭＡワイヤーが非活性化されるため、短縮実行時の間のみＳＭＡワイヤーが作動され、被駆動部材の両方の安定位置は、作動部材の補助なしで維持される。

このアクチュエータの第２の重要な利点は、その部品が支持本体およびミラーの間に密閉されることによる深さにおけるコンパクト性である。

本発明のアクチュエータの別の利点は、双安定移動システムを直接作動することができるドライバーによって手動で起動できるように容易に構成され得るという事実にあり、それによって受光素子を無効にするさらなる制御が必要なくなり、手動／自動アクチュエータがより安価、かつより確かなものとなる。

本発明による形状記憶アクチュエータのこれらの、および他の利点および特徴は、添付図面を参照する２つの実施形態の以下の詳細な説明から当業者に明らかになるだろう。

明瞭化のためにＳＭＡワイヤーを省略したアクチュエータの概略正面図である。 ほぼ中央平面に沿った図１のアクチュエータの垂直断面図である。 双安定移動システムを詳細に示す線図である。 アクチュエータの動作を示す線図である。 アクチュエータの動作を示す線図である。 アクチュエータの動作を示す線図である。 アクチュエータの動作を示す線図である。 アクチュエータの第２実施形態の正面図である。 図５のアクチュエータの側面図である。

図１および図２を参照すると、適切な座部および連結部を介して全ての他の構成要素を担持する支持本体１を含む本発明によるアクチュエータが示されているが、これらは、アクチュエータの意図する目的に採用される特定の技術的な解決策に応じて異なるものである。以下に詳細に示される特定の実施形態において、支持本体１には、ミラーホルダ７の水平枢動ピン５を受け入れる下座部３が設けられ、ミラーホルダにはまた、複数の上部水平移動ピン９が設けられている。各移動ピン９の外端部は、引張バネ１１を介して本体１の上部に接続されるのに対して、その内端部は、中央垂直プッシャー１５に形成された形成溝１３に係合し、該プッシャーは、対応する筒状ガイド１７内で摺動する。

プッシャー１５は、固定点１９の間に延在するＳＭＡワイヤー（図示せず）が活性化する場合に上へ摺動し、固定点においてＳＭＡワイヤーはまた電気供給も提供するロック部材２１によって固定され、かつＳＭＡワイヤーは、特許文献２のものと類似するが垂直平面（また図５を参照）内においてＶ字形状となるようにプッシャー１５の底面に形成された切欠き２３を通る。ＳＭＡワイヤーが非活性化する場合、本体１のペグ２７に取り付けられた垂直トーションバネ２５の作動によりプッシャー１５は、下へ摺動し、バネの自由端部はプッシャー１５内に形成された適切な座部（図示せず）に係合している。プッシャー１５の垂直往復移動の制限は、さらにより詳細に記載される溝１３によって画定される。

この構成において、ＳＭＡワイヤーは、作動部材であり、プッシャー１５は、駆動部材であり、移動ピン９および溝１３は、双安定移動システムを構成し、かつミラーホルダ７は被駆動部材であるが、既に上述したように、被駆動部材は、枢動ピン５および移動ピン９と一体に作られている場合ミラーそのもの（これら図では図示せず）となり得る。

上記の説明に照らして、図３および図４ａ〜図４ｄを参照すると、本発明による双安定形状記憶アクチュエータの単純かつ有効的な動作が容易に理解できるだろう。

図４ａに示される通常動作位置は、開始位置および基準点と考えられ、これは、本体１に取り付けられた固定部分２９およびプッシャー１５に取り付けられた移動部分３１で構成されている位置センサによって画定される。位置センサは、例えばホールセンサ２９および磁石３１、またはポテンショメータ２９およびポテンショメータカーソル３１などの目的に適した任意の既知のタイプとすることができる。この通常位置において、ミラーホルダ７に取り付けられたミラー３３は、ドライバーの視線に一致する高反射面を有するのに対して、低反射面は、その視線外にある。

光検出装置（図示せず）が眩しい状態を検出した場合、ＳＭＡワイヤー３５は、ロック部材２１によって電流が通ることにより加熱され、それによりワイヤーは収縮し、プッシャー１５を上方へ移動させる。前方に傾斜した逆ハート形を有する溝１３の形および配置により、プッシャー１５のこの上方への動きは、図３に示すように第１安定位置Ａから第１暫定位置Ｂへピン９を移動させ、図４ａと図４ｂの比較に示されるように今度はミラーホルダ７を枢動ピン５回りに後ろへ回転させる。

ピン９が位置Ｂに到達するとすぐに、位置センサによって検出されるか、またはＳＭＡワイヤー３５の活性化時間によって計算されるため、ＳＭＡワイヤーは非活性化して、冷たくなるとともに初期の長さに再伸張し、これにより戻りバネ２５がプッシャー１５を下方に移動させる。プッシャー１５のこの下方移動により、ピン９は、第１暫定位置Ｂから第２安定位置Ｃに移り、図４ｂと図４ｃの比較に示されるように、今度はミラーホルダ７を枢動ピン５回りに前方に回転させる。この第２安定位置Ｃにおいて、位置センサによってこの位置に来たことが検証され、ミラーホルダ７に取り付けられたミラー３３は、ドライバーの視線に一致する低反射面を有するのに対して、高反射面は、視線の外にあり、これにより防眩効果が達成される。

常に受光素子の命令による図４ｃの防眩位置から図４ａの通常動作位置への逆の移行は、収縮しかつプッシャー１５を上方へ移動させるようなＳＭＡワイヤー３５の別の活性化が必要であり、この上方移動により、ピン９は、第２安定位置Ｃから第２暫定位置Ｄへ移り、図４ｃと図４ｄの比較により示されるように、今度はミラーホルダ７を後へ回転させる。

ピン９が位置Ｄに到達するとすぐに、なおも位置センサによって検出されるか、またはこの場合は少し長いＳＭＡワイヤー３５の活性化時間によって計算されるため、ＳＭＡワイヤーは非活性化して、冷たくなるとともに初期の長さに再伸張し、これにより戻りバネ２５がプッシャー１５を下方に移動させる。プッシャー１５のこの下方移動により、ピン９は、第２暫定位置Ｄから第１安定位置Ａへ移り、図４ｄと図４ａの比較により示されるように今度はミラーホルダ７をさらに後へ回転させる。またこの安定位置への到達は、位置センサによって検証されることは明らかである。

上述したアクチュエータ動作は、短い短縮実行時のみにＳＭＡワイヤーを活性化させることにより、かつまたバックミラーのケーシングから下方に突出するように設けられたプッシャー１５を介して直接双安定移動システムを作動可能なドライバーによる手動の活性化を許容しながら、本発明のアクチュエータが被駆動部材を２つの安定位置の間で移動させることの上述の利点をどのように達成するのかを明瞭に示している。

最後に、図５および図６は、上述のアクチュエータとはいくつかの細かい点で異なるアクチュエータの第２実施形態を示し、各相違点は、図１および図２の第１実施形態個別に適用することができる。

第１の相違点は、トーションバネ２５を単一の垂直コイル状バネ３７に置換したことにあり、該コイル状バネは、プッシャー１５’の小さい直径の中間部分においてに同軸上に配置されており、ＳＭＡワイヤー３５の収縮時にはバネ３７は、摺動座部１７に対して圧縮されている（すなわち負荷がかかっている）。当業者は、プッシャー１５／１５’の復帰を保証するバネの他の構成または他の任意の同等の弾性部材を使用することを考案することができるため、この代替の実施形態が単なる例示であることは明らかである。

この第２実施形態の別の相違点は、Ｖ字型ＳＭＡワイヤー３５の収縮時に隣接するロック部材２１に対して圧縮することができるように、ＳＭＡワイヤー３５の端部において同軸上に配置されたコイル状バネ３９を追加したことにある。このバネ３９は、例えばプッシャーがガイド１７内で動かない場合、または双安定移動システムが押し付けられ、それによってワイヤーの短縮が２つのロック部材２１の間の経路の短縮に変換することができないためＳＭＡワイヤー３５の収縮によって破断を起こすなどの任意の理由によりプッシャー１５’が移動しない場合の機械的な安全として機能する。通常作動時において、ＳＭＡワイヤー３５の収縮時に圧縮されないままで、それによりプッシャー１５’の上方への摺動が起こるように、バネ３９の強度が選択されることは明らかである。

第２アクチュエータのさらなる相違点は、ピン９および本体１の上部の間の枢動可能な連結であり、それは、バネ１１によってではなく、弾性または非弾性のいずれかとすることができる連結部材４１によって提供される。図６の側面図はまた、ロック部材２１がそこに配置される電子制御ボードとの連結のための接触リードを有する支持本体１の後側からどのように突出するかを示している。

上述の、および示された実施形態の本発明による双安定形状記憶アクチュエータは、単なる例であり、様々な改良が可能であることは明らかである。特に、上述の変形例に加えて、双安定移動システムは、駆動部材および被駆動部材の間に適合可能であり、駆動部材の往復移動のみを通じて被駆動部材の所望の前後振動を提供するものである限り、格納式ペンに使用されるものなどの任意の他の既知のタイプとすることができることに留意すべきである。

さらに、アクチュエータの滑らかな動作のためにバネ１１および２５、ピン９および溝１３、固定点１９等の対称的な配置が好ましいが、厳密に絶対必要ということではなく、これらの部材を非対称に配置すること、および／またはこれらのうちの１つを排除すること（例えば１つのバネ１１または２５のみを用いる、１つのピン９および溝１３のみを用いる）も想到可能である。同様に、例えばプッシャー１５にピン９を形成し、かつミラーホルダ７に溝１３を形成する、または支持本体１に枢動ピン５を形成し、かつ対応する座部３をミラーホルダ７に形成するという実質的に同等の動作によって多くの部材の配置を逆にすることが可能である。

最後に、本発明のアクチュエータの上述の動作において、垂直／水平、上方／下方、前方／後方等の方向的な語句は、特定の例示された実施形態を参照しており、アクチュエータが上下逆、水平、または所与の利用が必要な任意の他の特定の向きで動作可能であるため、この実施形態に限定することを意味していないことに留意すべきである。

同様に、本明細書における詳細な説明が車両のための自動防眩バックミラーに適用されるアクチュエータを示しているが、これは、その機能を利用することができる他の装置（例えば窓開口装置）に前記アクチュエータを適用することができる可能性を制限することを意図していない。

１ 支持本体
５ 水平枢動ピン
７ ミラーホルダ
９ 上部水平移動ピン
１１ 引張バネ
１３ 溝
１５ プッシャー
１７ 筒状ガイド
１９ 固定点
２１ ロック部材
２５ トーションバネ
２７ ペグ
３３ ミラー
３５ ＳＭＡワイヤー
３７，３９ コイル状バネ

Claims (9)

1. 支持本体（１）と、前記支持本体（１）に枢動可能に取り付けられた被駆動部材と、Ｖ字形状を有するＳＭＡ作動部材と、前記被駆動部材と持続的に接触する駆動部材とを備える形状記憶アクチュエータであって、前記被駆動部材の動きは、前記ＳＭＡ作動部材および前記ＳＭＡ作動部材と逆に働く少なくとも１つの弾性戻り部材によって決定され、前記駆動部材を前記被駆動部材に接続する双安定移動システムの動作により、前記被駆動部材は、２つの安定位置をとることができ、前記２つの安定位置の間のそれぞれの切替は前記ＳＭＡ作動部材の活性化によるものであり、前記ＳＭＡ作動部材、前記双安定移動システム、前記弾性戻り部材、前記駆動部材および前記被駆動部材は全て前記支持本体（１）の同じ側に配置され、かつそれら全ては、前記支持本体（１）と略同一面の配置であることを特徴とする、形状記憶アクチュエータ。
2. 前記駆動部材が動けない場合に、前記駆動部材の動きの代わりとして前記ＳＭＡ作動部材の収縮を吸収するよう十分に圧縮されるのに適した弾性部材とともに、前記ＳＭＡ作動部材は、前記支持本体（１）に取り付けられていることを特徴とする、請求項１に記載の形状記憶アクチュエータ。
3. 前記双安定移動システムはまた、少なくとも１つの弾性戻り部材を介して前記支持本体（１）に枢動可能に接続されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の形状記憶アクチュエータ。
4. 前記ＳＭＡ作動部材と逆に働く前記少なくとも１つの弾性戻り部材は、前記ＳＭＡ作動部材の活性化の際に負荷かかるように前記駆動部材に配置されたコイル状バネ（３７）であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の形状記憶アクチュエータ。
5. 前記双安定移動システムが少なくとも１つの溝（１３）に係合する少なくとも１つのピン（９）を含み、該溝は、前記ＳＭＡ作動部材の第１活性化により前記ピン（９）が第１安定位置（Ａ）から第１暫定位置（Ｂ）に移動し、前記ＳＭＡ作動部材の次の非活性化により少なくとも１つの弾性戻り部材の動作によってピン（９）が前記第１暫定位置（Ｂ）から第２安定位置（Ｃ）に移動し、前記ＳＭＡ作動部材の第２活性化により、ピン（９）が前記第２安定位置（Ｃ）から第２暫定位置（Ｄ）に移動し、かつ前記ＳＭＡ作動部材の次の非活性化により、少なくとも１つの弾性戻り部材の動作によってピン（９）が前記第２暫定位置（Ｄ）から前記第１安定位置（Ａ）に移動するような形を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の形状記憶アクチュエータ。
6. 前記支持本体（１）には、被駆動部材（７）の水平枢動ピン（５）を受け入れる下座部（３）が設けられ、前記被駆動部材にはまた、上部水平移動ピン（９）が設けられ、該上部水平移動ピンの外端部は、引張バネ（１１）を介して前記支持本体（１）の上部に接続されるとともに、内端部は、中央垂直プッシャー（１５）に形成された形成溝（１３）に係合し、該中央垂直プッシャーは、ＳＭＡワイヤー（３５）の動作により、対応する筒状ガイド（１７）内で摺動し、該ＳＭＡワイヤー（３５）は、電気供給も提供するロック部材（２１）によって固定される固定点（１９）の間で延在し、かつ前記プッシャー（１５）の底面に形成された切欠き（２３）を通ってＶ字形状に構成され、および前記支持本体（１）のペグ（２７）に取り付けられるとともにその自由端部が前記プッシャー（１５）に形成された適切な座部に係合する垂直トーションバネ（２５）の動作により、前記プッシャーの垂直往復移動の制限は、前記形成溝（１３）によって画定されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の形状記憶アクチュエータ。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のアクチュエータを備える防眩バックミラー。
8. 眩しい状態を検出すると、前記アクチュエータを介してミラー（３３）の反射面の位置を高反射面から低反射面に自動的に変え、かつその後眩しくない場合に通常動作位置に自動的に戻す、光検出装置を備えることを特徴とする、請求項７に記載の防眩バックミラー。
9. 前記アクチュエータを手動で活性化するための外部の機械的な制御部が設けられていることを特徴とする、請求項７または８に記載の防眩バックミラー。

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